摘要：利用(yòng)專業的流(liu)場動力學(xué)計算分析(xī)軟件,通過(guò)建立異徑(jing)管電磁流(liú)量計 流場(chǎng)的模型,計(ji)算分析異(yì)徑條件下(xià)電磁流量(liang)計流場的(de)動力學特(te)性。計算研(yán)究表明:異(yì)徑條件下(xià)流場的人(ren)口流速,電(diàn)極之間的(de)♍距離對流(liú)場中心點(diǎn)的速🈲度,進(jìn)出口壓力(li)損失都具(ju)有比較大(da)的影響。通(tong)過研究分(fèn)析不同參(cān)數下流場(chang)特性的變(bian)化,證💰明異(yi)徑電🌂磁流(liu)量計在低(di)流速下的(de)🤞計量精度(du)和準确性(xing)具有--定的(de)優勢。研究(jiū)👅分析結果(guǒ)對異徑條(tiáo)件下電磁(cí)流量計管(guan)道的👨‍❤️‍👨優化(huà)和改進提(ti)供了一定(dìng)的理論依(yi)據和借🏃鑒(jiàn)經驗。
0引言(yan)
　　電磁流量(liang)計是目前(qián)世界上應(yīng)用比較廣(guang)泛的測量(liang)液體流量(liàng)計之一,因(yin)其測量精(jīng)度高、穩定(dìng)性好廣泛(fan)應用于石(shí)🌈油石化、化(hua)工、污水處(chù)理等各個(ge)行業。目前(qian)國内生産(chan)的電磁流(liu)量計管道(dào)都爲均❤️勻(yún)的圓管。由(yóu)🐕于電磁流(liú)量計特殊(shu)的計量原(yuan)理和管道(dao)形.狀要求(qiu)圓管,電磁(ci)流量計在(zài)實際計量(liàng)中要求必(bì)須滿管流(liu),即管道流(liu)速爲中心(xīn)軸對稱分(fèn)布由此,具(ju)有均勻磁(ci)場和點電(diàn)極的電磁(cí)流量🔴計的(de)流速和電(dian)磁流量計(ji)的輸出信(xìn)号成一個(gè)🆚正比的關(guān)系。就目前(qian)💋電磁流量(liàng)計應用的(de)實際情況(kuang)來看，在低(di)流速下電(diàn)磁流量計(jì)的測量精(jīng)度和穩定(ding)性都不是(shi)很高”。國外(wai)🔴流量計量(liang)專家Keinsdjk把縮(suo)頸作爲異(yì)徑設計的(de)一個方向(xiang),通過設計(ji)不同的中(zhōng)間管道的(de)形狀來研(yán)究異徑管(guǎn)道對電磁(ci)🐅流量計流(liu)場的影響(xiang)[4]。此外，Korsunskii等人(rén)也研究了(le)中間管道(dào)爲長方形(xing)時不同參(cān)數對電磁(cí)流量計流(liú)場特性的(de)影響5。我國(guó)計量學院(yuan)🐆的陳寅佳(jia)等人也分(fen)析研究了(le)不同參數(shù)條😘件下異(yi)徑電磁流(liu)量計流場(chang)的特性61,因(yin)，此如何在(zài)低☁️流速下(xia)提高電磁(cí)流量計的(de)測量精度(du)和穩定性(xing)一直以來(lái)都是電磁(cí)流量計改(gǎi)進和優化(hua)的一個重(zhòng)點。爲了适(shì)應電磁流(liú)量計在低(di)流速、低耗(hao)🌂能下計量(liang)的要求，電(diàn)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻磁流量計(jì)研發人員(yuán)從管道結(jié)構、電磁激(ji)勵方式、電(dian)路分布、電(diàn)極形狀等(děng)各個方面(mian)❓都‼️進行了(le)研究和分(fèn)析,并取得(de)了--定的進(jìn)展。
　　對于異(yì)徑管道的(de)電磁流量(liàng)計,目前國(guo)内研究的(de)都🧑🏽‍🤝‍🧑🏻比較少(shao)。異徑管道(dao)下的電磁(cí)流量計主(zhǔ)要指通過(guò)改變普通(tōng)的圓管道(dao),在實際計(ji)量時創造(zào)一個特殊(shū)的✏️滿管環(huan)境來提高(gao)電磁流量(liang)計在低流(liú)速和不滿(man)管🧑🏽‍🤝‍🧑🏻情況下(xià)的測量精(jīng)度和穩定(dìng)性。
1電磁流(liú)量計工作(zuo)原理，
　　電磁(ci)流量計是(shi)一種利用(yòng)法拉第電(diàn)磁感應定(ding)律來檢測(ce)液體流量(liang)的一種流(liu)量計。磁勵(lì)線圈将磁(cí)場通過電(dian)極施加給(gěi)被測導電(diàn)液體以後(hòu),被測導電(diàn)液體📧切割(ge)磁感線産(chǎn)生感應電(diàn)動勢,通過(guo)檢測感應(ying)電動🈲勢并(bìng)進行相應(ying)的信🔞号處(chu)理實現對(duì)經過流量(liàng)計流⭐量的(de)檢測。
對于(yú)一般圓形(xíng)管道的電(diàn)磁流量計(jì)輸出的電(dian)壓信号‼️爲(wèi):

式中:E爲電(dian)磁感應電(dian)動勢;B爲磁(ci)場強度;V爲(wèi)流體流動(dong)的平均流(liu)🐪速🔆;D爲兩個(ge)電極之間(jiān)的距離(如(rú)果是均勻(yún)🎯的圓形管(guǎn)道則D爲圓(yuan)形管的直(zhi)徑)。
假定管(guan)道的橫截(jie)面積爲A,流(liú)量爲q,則上(shang)式可以寫(xiě)成:

　　在建立(lì)電磁流量(liàng)計這個基(jī)本方程的(de)過程中前(qian)人作了如(ru)下的假設(shè)
1)流體磁導(dao)率是均勻(yun)的,流體爲(wèi)非磁性流(liú)體;
2)流體的(de)電導率均(jun)勻,并且滿(man)足Ohm定律;
3)充(chong)分發展流(liu)對于圓管(guan)是軸對稱(cheng)分布的;
4)流(liú)體中的位(wèi)移電流小(xiao)到基本.上(shàng)可以忽略(luè);
5)電磁感應(yīng)強度B是均(jun)勻分布的(de)。
　　由式(1)和式(shi)(2)可以看出(chū)感應電動(dòng)勢與流體(ti)在流場中(zhōng)的㊙️平均流(liú)速📧和磁極(jí)之間的距(jù)離有關。在(zài)實際的使(shi)🏃🏻‍♂️用情況中(zhong)由于有時(shi)🏃電磁流量(liàng)計的工作(zuo)環境比較(jiào)🤟複雜,當流(liú)體流速較(jiao)低時,産生(sheng)🐅的感應電(diàn).動勢比較(jiào)低，有時候(hòu)和噪聲難(nan)以區分,由(you)此導緻了(le)電磁流量(liàng)計測量靈(ling)敏🏃🏻‍♂️度和準(zhǔn)确性的降(jiàng)低。
2仿真計(ji)算模型的(de)建立
　　異徑(jing)電磁流量(liàng)計就是在(zai)不改變原(yuán)有流場分(fèn)布的情況(kuàng)🈲下,用适當(dāng)的縮徑來(lái)提高流速(su),以此提高(gao)電磁🚶‍♀️流量(liang)計的測量(liang)準确性和(hé)靈敏度
　　圖(tu)1與圖2分别(bie)爲傳統電(dian)磁流量計(jì)與分析的(de)異徑電🈚磁(ci)流量計簡(jian)圖。由式(1)及(jí)電磁流量(liang)計的工作(zuo)原理可以(yǐ)自行推導(dao)出圖2所示(shì)異徑電磁(cí)流量計的(de)公式:
　　首先(xiān)在分析圖(tú)2所示的異(yì)徑電磁流(liu)量計流場(chang)時定義一(yi)個💃距👈離,即(ji):D=D1–H1–H2;帶人式(1)即(ji)可得:

3流(liú)場計算分(fen)析
　　在分析(xī)中以DN80口徑(jing)的管道爲(wei)模型,流場(chǎng)動力學計(jì)算方☂️式爲(wèi)🏃🏻:速度人口(kou),充分發展(zhǎn)流爲出口(kou),分别讨論(lùn)計🌈算流速(sù)爲0.1m/s、10m/s時流，場(chang)流速、壓力(li)等參數的(de)變化趨勢(shì)以及不同(tong)參數對流(liú)場特🧑🏽‍🤝‍🧑🏻性的(de)影響。圖3~圖(tú)10的分析說(shuo)明在下面(miàn)分析中體(tǐ)現。

　　從速度(du)矢量圖和(he)壓力雲圖(tú)的分布上(shang)可以看出(chu)，在💰進口處(chù)速度爲0.1m/s時(shí)中心點的(de)壓力和速(su)度有明顯(xiǎn)的增大💃🏻，這(zhè)也說明在(zai)低流速下(xià)異徑電磁(cí)流量計具(ju)有提高測(ce)量靈敏度(dù)和準确性(xìng)的🏃‍♂️優勢

　　由(you)表1可以看(kàn)出,在計算(suan)時設定速(sù)度爲0.1m/s和10m/s時(shí),中心點的(de)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻速度約爲(wei)入口速度(dù)的1.78倍,仍然(rán)在可以測(cè)量的範圍(wei)之内,其壓(ya)力損失也(ye)符合電磁(ci)流量計檢(jiǎn)定規程的(de)要求🐪。由Z軸(zhóu)方上速度(du)随Z軸的位(wei)置圖(圖6)可(kě)以看出🛀,Z軸(zhóu)方向爲流(liú)體流動㊙️方(fāng)向,在這個(gè)方向上速(su)度随位🌐置(zhì)的變化随(suí)着Z軸方向(xiang)的延伸速(sù)度是-一個(ge)緩慢增加(jia)的過程,到(dào)♻️中‼️心點(變(bian)徑的位置(zhì))時速度達(da)到🈲最大,而(er)後緩慢減(jian)小,但是進(jin)出口的速(su)度差不是(shi)很大。

　　從壓(ya)力損失和(he)速度關系(xì)的圖(圖7)可(kě)以看出入(ru)口速☀️度越(yue)大，出口處(chù)壓力損失(shi)也越大,但(dàn)不是簡單(dān)的線性增(zēng)長關系。因(yīn)此在實際(ji)的應用中(zhong).應該合理(lǐ)地選擇異(yi)徑電磁流(liú)量計和合(hé)适的人口(kou)速🔞度。

4不同(tong)參數對其(qi)流場特性(xing)的影響
　　在(zai)計算和研(yán)究異徑電(dian)磁流量計(ji)兩電極之(zhi)間的距離(lí)和壓力損(sǔn)失以及中(zhōng)心點速度(dù)的關系時(shí),以流場初(chū)始流速爲(wei)0.1m/s的條件下(xia)分别計算(suàn)分析了不(bu)同距離下(xià)流場中心(xīn)速度和壓(yā)力損失的(de)變化。

　　由圖(tú)8可以看出(chū),在變徑過(guò)小時,以0.1m/s的(de)入口速度(du)時出口速(su)度達0.31m/s,是人(ren)口速度的(de)3.1倍,但是從(cong)迹線圖中(zhong)也可🤟以看(kan)⚽出當流體(ti)☂️流過💜中心(xin)💞位置時也(ye)産生了嚴(yan)重的回流(liu)現象,且壓(ya)🔆力損失達(dá)101318.05Pa。

　　由圖9與圖(tú)10可以看出(chu),随着兩電(diàn)極距離的(de)增加中心(xīn)點速度與(yǔ)🌈進出口壓(ya)力都在減(jian)小，且中心(xin)點速.度随(sui)兩電極的(de)距離減小(xiao)的趨勢要(yào)大于進出(chu)口壓力減(jian)小的趨勢(shi),進出口壓(yā)力随兩電(diàn)極之間🙇‍♀️距(jù)離減小的(de)趨勢并不(bú)是一個簡(jian)🐇單的線性(xing)關系。

5結束(shù)語
　　通過專(zhuān)業的流體(tǐ)分析軟件(jian)分析計算(suàn)了異徑電(diàn)磁流量計(ji)流場的特(te)性,分析探(tan)讨了不同(tóng)條件下,不(bu)同參數對(duì)其流場動(dong)力㊙️學特性(xing)的影響,分(fèn)析計算表(biao)明異徑電(dian)🔴磁流量計(jì)流場在不(bu)同的入口(kou)速度,以及(jí)不🐅同的電(dian)極✊之間的(de)距離對其(qi)流場的特(tè)性都有較(jiao)大的影響(xiang)，但是在低(di)流速下異(yi)徑電磁流(liu)量計有利(li)于提高計(ji)量精度和(hé)準确性。
　　仿(pang)真計算結(jié)果也說明(míng)了異徑電(dian)磁流量計(jì)在實際♍生(sheng)産和使用(yong)中具有可(kě)行性,在低(di)流速下它(ta)比常規電(diàn)磁流量計(ji)更具有優(you)勢,在管道(dào)異徑位置(zhì)的設置👅和(he)距離上并(bìng)不一定存(cun)在一個最(zui)優的結果(guo),在實際設(shè)計和應用(yong)中要根據(jù)具體流場(chang)的特性和(he)實際情🌈況(kuàng)而定,以異(yi)徑管道的(de)選取不能(néng)改變原有(you)流場特🐅性(xìng)爲最基本(běn)原則。

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